1、第第3 3章章 功能分析功能分析3.1 功能分析3.2 功能分析流程3.3 功能分析实例3.1 功能分析现代TRIZ理论体系分为问题识别、问题解决和概念验证三大模块，而功能分析是问题识别的重要一环。功能分析是一种分析问题的工具，也是因果分析、裁剪、功能导向搜索等工具的基础。功能分析的目的，是通过分析产品的功能找到技术系统中功能的缺点或存在问题的组件。功能分析是从功能角度而不是从技术角度来分析系统。它将抽象的技术系统转化为具体的图表，通过理清系统中各组件之间或与外部环境的相互关系，减化系统结构，凸显产品特征，从而进行合理的创新设计。1技术系统技术系统又称工程系统，指正在发生问题的当前系统，由组件
2、组成，通过组件之间的相互作用实现一定的功能。技术系统中要求至少含有一个组件。2子系统子系统是构成技术系统的低一层级的系统，可从微观上来思考构成技术系统的内部组件。3.1.1 功能分析相关的概念3超系统超系统是技术系统之外的高层级系统。亦即指从宏观上思考系统使用的环境（或资源）。 子系统子系统 技术系统技术系统 超系统超系统u 超系统不能删除或重新设计。u 超系统可能使工程系统出现问题。u 超系统可以作为工程系统的资源，也可以作为解决问题的工具。u 超系统应该对系统有影响时才列入。超系统具有以下特点4组件组件是技术系统的组成部分，它执行一定的功能。组件至少有一个元件组成；组件也可以是一个包含有多
3、个元件组成的子系统。系统层级的划分没有明确的界定，要根据具体的功能分析目标和限制来选择合适的层级。无论是系统、子系统或者超系统，从广义来说，它们都是指“某种物质”或“某种实体”。超系统经常从宏观上思考技术系统所在的外部环境及提供实现技术系统的各种资源。5功能功能的概念最早是由美国通用电气的工程师迈尔斯在19世纪40年代提出的，他认为功能就是“起作用的特性”。功能体现的是产品具有某种具体效用并满足顾客的某种需求，所以顾客之所以购买产品，追求的是产品的功能价值。研究产品的功能，是技术开发的首要任务。功能是产品存在的目的，产品是功能实现所需的载体。一个功能如果存在，必须满足以下三个条件1功能的载体和
4、功能的对象都是组件,即物质或场。2功能的载体与功能的对象之间必须有相互作用、相互接触。3至少有一个功能对象的参数被这个相互作用改变或者保持技术系统的层级关系u生产阶段设备、原料、生产场地等等。u使用阶段功能对象（产品）、消费者、能量源、与对象相互作用的其它系统。u储存和运输阶段交通手段、包装、仓库、储存手段等等。u与技术系统作用的外界环境空气、水、灰尘、热场、重力场等等。典型的超系统组件练习：眼镜系统的级别功能是系统满足使用者需求（现实需求和潜在需求）的任何属性。3.1.2 功能的描述功能描述的表达尽量抽象，避免使用专业术语。功能描述得越抽象，引发的构想就越丰富。功能的描述通常用“动词+名词”
5、来完成。这两个词要能描述出产品的某种性能或效用。动词部分描述实现功能的方法和手段，名词部分则描述该功能的属性。如：传递能量、分离枝叶、调节电能、储存食物、保持水温、产生转矩、显示时间、利用杠杆。如果“动词+名词”的形式不足以表达清楚功能,此时可适当地增加一个形容词来修饰名词。例如收音机的功能描述：提供信息，这样的描述并不能明确表明其功能，即可增加一个形容词，将其功能描述为提供广播信息。功能的载体必须是物质，且必须与功能分离；功能受体必须是物质，不能是物质的参数。功能受体至少要有一个参数受到影响，比如 传输电流是电荷位置改变； 去除牙垢是牙垢空间位置改变； 控制房间温度是房间温度发生改变； 折射
6、光线是光线长度发生改变； 挤压气体是气体密度（体积）发生改变； 输送液体是液体位置发生改变。 功能描述时禁止使用“不”来代替具有否定意义的动词，比如橡胶不能传导电流是不正确的，应该表达成橡胶阻碍电流传导。头盔不让子弹击穿也是错的，正确的说法是头盔阻挡子弹击穿。功能的图形化描述 为了更方便进行功能分析，除了可用文字的方式进行功能定义外，还常常用图形的方式来形象地描述功能，即功能的图形化描述方法。 功能的图形化描述常用箭头和矩形框来表示(动宾结构)，其中： 箭头代表动词（动作） 矩形框代表名词（组件） 功能的图形化描述是将功能载体和功能受体相分离，也即将组件与其功能相分离，从而更好地反映功能的本质
7、。常用来描述功能的动词有吸收、分解、加热、阻止、聚集、沉淀、吸收、分解、加热、阻止、聚集、沉淀、支撑、加工、装配、破坏、告知、保护、支撑、加工、装配、破坏、告知、保护、弯曲、检测、连接、移除、拆解、干燥、弯曲、检测、连接、移除、拆解、干燥、定位、旋转、相变、嵌插、混合、分离、定位、旋转、相变、嵌插、混合、分离、清洁、浸蚀、移动、振动、凝结、蒸发、清洁、浸蚀、移动、振动、凝结、蒸发、定向、固定、冷却、析取、擦亮、传递、定向、固定、冷却、析取、擦亮、传递、腐蚀、煮沸、防护、转动腐蚀、煮沸、防护、转动 1按功能的主次顺序分类（1）主要功能 主要功能是用户要求的必需功能，是系统设计的基础功能，必须得到
8、充分实现的功能。（2）次要功能 次要功能是为了更好地实现主要功能而添加上去的功能。次要功能是为实现主要功能服务的。 主要功能才是实现设计产品目的所必需的，而次要功能是非必需的，有时可有可无。3.1.3 功能的分类2按功能的性能分类（1）有用功能 作用并有利于对象，有利于系统预期设计目标实现功能。有用功能根据作用水平又分为充分功能、不足功能和过度功能三类。（2）有害功能 作用并有害于对象，不利于系统预期设计目标实现的功能，一般用波浪箭头表示。（3）中性功能 作用于对象但对系统预期设计目标没有影响的功能。例如：作为台灯的白炽灯泡除了有用功能“发光”外，还有有害功能“发热”。而在孵化箱中，同样的灯泡
9、“发热”的功能是有用的，“发光”则是中性的。功能的分类及图形化表示3按有用功能的对象分类（1）基本功能 如果功能的对象是系统的目标,则这个功能是基本功能。（2）辅助功能 如果功能的对象是系统中的其他组件,则我们称这个功能是辅助功能。功能按对象分类3.2 功能分析流程 功能分析的过程分为三个步，即组件拆分、相互作用分析和功能模型建立。01组件拆分是指将系统和超系统的组件加以区分，并分类依次列出来。02相互作用分析是辨别组件两两之间的相互作用，为后续的功能模型建立打下基础。03功能模型建立是指识别组件之间的具体功能,并根据它们执行功能的性能加以评估，最后形成功能模型图。组件拆分时，要选择合理的分析
10、层级。比如，我们的研究对象是电脑主机箱时，那么分析到的组件层级可能是硬盘、光驱、电源、主板、内存条等。而如果研究等对象是主板，则分析到的组件层级可能是南桥、北桥、I/O插槽等。如再往下层级分析，可能涉及到的对象就是电阻、电容、电感、运放芯片等具体的电子元器件。选择的层级越高，可能会忽略某些细节，导致找不到问题的根源，但如果选择的层级过低，又将会出现很多过细的组件，导致系统分析复杂化。所以，选择合理的层级来拆分组件显得尤为关键。3.2.1 组件拆分组件拆分注意事项尽量在同一层级上选择的组件,不要混杂01如果有多个相同的组件,可以将它们看作一个组件02如果发现在一个组件需要更加详细的分析,则可将这
11、个组件列到低一层级进行组件的重新拆分03超系统组件是指超系统中的组件,它不是被研究技术系统的一部分,却与技术系统相互影响04在进行功能分析时,拆分出来的组件数量控制在10个以内,否则将给功能分析带来极大的困难。05技术系统组件超系统组件电脑主机硬盘主板内存显卡电源机箱空气人电力网络【例】电脑主机的组件分析 组件拆分完成后，需要对组件之间或与超系统组件之间进行两两辨别并判断是否存在相互作用。相互作用不仅仅指组件间相互接触，它应该被理解成一个组件对另一个组件有着某种作用或者功能。 因此，即使没有相互直接接触，但通过某种作用场，比如磁场、电场、声场、光场等，使组件间产生某种效应或者影响，也算是组件之
12、间有相互作用。3.2.2 相互作用分析组件相互作用矩阵表组件组件a组件b组件c组件a 组件b 组件c 分析过程中，如果两个组件之间存在相互作用，则在矩阵表中用“+”标记。如果没有相互作用，则以“-”表示。依次逐个分析组件两两之间的相互作用情况，直至矩阵表的所有项均被填满，同一组件间的矩阵单元格无需填写，用斜线划除。 分析过程中，如果发现某个组件与其它任何组件都没有相互作用。此时需要认真复核，确实存在此情况的，则说明该组件在当前技术系统中不存在功能，那么可以将该组件直接裁剪掉，不再参与下一步分析。组件组件a组件b组件c组件a +-+组件b+ +-组件c-+ +-+ 两两组件分析3.2.3 功能模
13、型建立1 1组件功能模型列表组件功能模型列表 功能模型是功能分析的输出。通过组件拆分、组件相互作用分析，可列出技术系统组件功能模型列表。 表中根据不同组件列出功能、功能等级、性能水平三项指标。 功能等级分为基本功能、辅助功能和有害功能三项。 性能水平则分充分功能、不足功能和过量功能三项。技术系统组件功能模型列表功能功能等级(分类)性能水平组件a动词-对象1基本功能/辅助功能/有害功能充分/不足/过量动词-对象2基本功能/辅助功能充分/不足/过量组件b动词-对象3基本功能/辅助功能充分/不足/过量动词-对象4基本功能/辅助功能充分/不足/过量2功能模型的图形化表达 系统组件用直角矩形框表示，超系
14、统组件用六角边框表示，系统作用对象用圆角矩形表示， 上图所示的功能模型中，组件2对组件3的功能是不足的功能，组件4对组件3的功能为有害功能，而组件4对组件2的功能是过度功能。此功能模型中暂时省略了组件间的相互作用。3.3 功能分析实例练习： 对瓶装可乐饮料进行功能分析，并建立瓶装可乐的功能模型。要进行组件拆分之前,首先要根据项目限制划分出系统和超系统,然后才能列出系统组件和超系统组件。3.3.1 拆分组件技术系统系统组件超系统组件瓶装可乐饮料瓶子瓶盖标签可乐人桌子空气3.3.2 分析相互作用组件瓶子瓶盖标签可乐人桌子空气瓶子 +瓶盖+ -+-+标签+- -+-可乐+- +-人+ -+桌子+-
15、-空气+-+- 瓶装可乐饮料系统组件相互作用矩阵表1 1功能模型列表功能模型列表 对相互作用矩阵表中的每个组件所对应标有“+”的单元，一一分析两者的功能，得到功能模型列表。其中，瓶子对其他的组件有多种功能，如支撑瓶盖、容纳可乐、支撑标签、阻挡空气等。3.3.3 建立功能模型功能功能等级性能水平瓶子支撑瓶盖辅助功能充分容纳可乐基本功能充分支撑标签辅助功能充分阻挡空气基本功能充分瓶盖密封可乐基本功能充分阻挡空气基本功能充分标签通知人辅助功能充分人支撑瓶子辅助功能充分喝饮料辅助功能充分开启瓶盖辅助功能充分桌子支撑瓶子辅助功能充分瓶装可乐技术系统组件功能模型列表2 2功能模型图形化表示功能模型图形化表示 通过功能模型的图形化，可以一目了然地看到每一个功能，特别是问题功能。本技术系统中没有发现有害功能、不足或过度功能。小 结01功能分析是现代TRIZ理论体系中进行问题识别的重要一环，是分析问题的基础性工具，也是改善系统实现创新过程中非常重要的步骤。03掌握功能分析方法，为后续因果分析、裁剪、功能导向搜索等工具的使用做好铺垫。02功能分析要按组件拆分、相互作用分析、功能模型建立的三步流程对系统进行分析，找出系统的有害的，不足的和过度的功能，以便找出系统的问题所在，进而把存在的问题彻底消除掉。
